Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов

Наиболее приемлемой является V-образная разделка свариваемых кромок, которая используется для соединения деталей, показанных на рис. 5.7, а. В этом случае на верхней детали делается V-образный выступ, а на нижней V-образный желобок. Причем высота выступа должна быть больше, чем глубина желобка,на 0,05...0,3 мм. При таком типе соединений достигается лучшая текучесть разогретого материала под действием сварочного давления, а шов при этом имеет хороший внешний вид. Кроме того, для таких типов соедине­ ний необходимо предусматривать допуски на текучесть размягчен­ ной пластмассы, которая выдавливается из зоны шва, образуя грат (см. рис. 5.7, б). Если по техническим условиям грат недопустим, то используют специальные конструкции шва, предотвращающие вы­ плески пластмассы (см. рис. 5.7, в). Доведенная до вязкотекучего состояния пластмасса должна соединять две стыкуемые поверхно­ сти, заполняя зазор в несколько десятых долей миллиметра.

Внастоящее время ультразвуковая сварка пластмасс очень ши­ роко применяется в самых различных отраслях промышленности. Так, в автотракторной промышленности она используется при изго­ товлении осветительной арматуры (световозращатели, велофары, боковые, передние и задние указатели габаритов, эмблемы и т. п.). Материалы - сополимеры стирола. Общий объем выпуска таких изделий составляет несколько миллионов штук в год.

Вэлектротехнической и радиотехнической отраслях промыш­

ленности ультразвуковая сварка применяется для герметизации раз­ личных типов аккумуляторов из полиамида; микроминиатюрных радиотехнических разъемов из полиамида и полистирола; различ­ ных типов переключателей из полиамидов; корпусов электроизмери­ тельных приборов и бытовой радиоаппаратуры из полистирола и т. п.

Ультразвуковая сварка пластмасс широко применяется при изго­ товлении изделий медицинского назначения, например, для сварки трикотажно-лавсанового полотна для систем переливания крови, при изготовлении катетеров, мочеприемников и т. п.

Разработана технология ультразвуковой сварки различных типов детских игрушек из полистирола взамен склеивания их токсичными клеями (например, дихлорэтаном), а также различных товаров народ­ ного потребления (массажных щеток, труб, шариковых ручек и т. д.).

100

Сварка трением

При сварке трением нагрев свариваемых поверхностей происхо­ дит за счет превращения механической энергии трения одной по­ верхности пластмассы относительно другой в тепловую. Для сварки трением лучше всего подходят такие пластмассы, у которых распла­ вы имеют среднюю вязкость в довольно широком интервале темпе­ ратур, например^ полиэтилен низкой плотности, полистирол, поли­ амиды, капролон и т.д.

Сварка трением применяется для изготовления рукояток к инстру­ менту, пробок контейнеров, маховичков, для соединения труб и т.д.

Следует подчеркнуть, что кроме соединения одноименных пла­ стмасс сварка трением может быть применена и для соединения пластмасс, имеющих различные физико-механические свойства. Бо­ лее того, при сварке трением можно соединять термопластичные пластмассы с металлом или термореактивной пластмассой за счет образования механической связи, т.е. при трении термопластичная пластмасса расплавляется и заполняет углубления и поры металли­ ческой или термореактивной детали.

Процесс сварки трением сопровождается созданием сва­ рочного давления, величина которого в зависимости от свойств сва­ риваемой пластмассы и скорости относительного движения состав­ ляет 0,5...2 МПа.

В результате преобразования механической энергии трения в те­ пловую в зоне контакта выделяется определенное количество теп­ лоты, достаточное для разогрева контактной поверхности пластмас­ сы до вязкотекучего состояния. Выделение теплоты при сварке тре­ нием связано со скоростью относительного перемещения поверх­ ностей и давлением между ними. При этом с увеличением значений этих параметров выделение теплоты возрастает. Однако более вы­ сокая температура ведет к уменьшению вязкости расплава, поэтому трение уменьшается и температура понижается.

Как известно, пластмассы обладают низкой теплопроводностью, поэтому выделившееся тепло на трущейся поверхности не распро­ страняется вглубь изделия, и его температура остается практически неизменной. Нагрев поверхностей при сварке трением происходит за несколько секунд. В результате происходящих сдвиговых дефор­ маций с контактирующих поверхностей удаляются окисная пленка

101

иинородные включения. Сварное соединение получается прочным

свысокими механическими свойствами.

Основными достоинствами сварки трением являются высокая скорость процесса и простота выполнения операции.

В зависимости от условий нагрева свариваемых поверхностей сварку трением проводят по трем схемам:

1 - вращением свариваемых деталей или промежуточного эле­ мента - сварка вращением (рис. 5.8);

2 - вибрацией свариваемых деталей или промежуточного эле­ мента - сварка вибротрением;

3 - вращательно-вибрационным движением свариваемых дета­ лей или промежуточного элемента. При сварке трением вращения одна деталь закреплена, а вторая вращается (рис. 5.8, а). На сопря­ женных торцевых поверхностях возникают силы трения, вызываю­ щие их интенсивный нагрев. Схема сварки трением может приме­ няться, когда вращение сообщается одновременно двум деталям в противоположном направлении (рис. 5.8, б).

1 2 3

-W V

-зЕ

&

Рис. 5.8. Схемы сварки трением:

а- с использованием вращения одной детали;

б- с использованием вращения обеих деталей; в —с использованием вставки:

/- вращающаяся деталь; 2 - сварной шов; 3 - неподвижная деталь;

4 - вставка

102

Для длинных и громоздких деталей, когда вращение и быстрое торможение затруднительно, можно применять сварку с помощью третьей промежуточной детали (вставки) 4. Для этого длинные де­ тали закрепляют неподвижно, а вставку вращают вокруг общей оси свариваемых деталей (рис. 5.8, в).

Этот способ сварки применяют для соединения стержней, труб, а также для присоединения цилиндрических деталей к плоским и фа­ сонным поверхностям. Одним из наиболее важных факторов, вли­ яющих на качество шва, является форма места соединения. Так, при соединении массивных деталей одна или обе поверхности контакта должны иметь сферическую или коническую форму. В этом случае разогрев поверхностей начинается с вершины конуса, распростра­ няется по всей поверхности изделия и весь стык прогревается рав­ номерно. Тела вращения диаметром менее 35 мм могут свариваться без предварительной подготовки, т.е. плоскими поверхностями. Зо­ на сварки может быть увеличена за счет применения соединений уступом, соединений с шипом и пазом, соединений с разделкой кромок «на ус». Скорость вращения зависит от диаметра свариваемых поверхностей и, как правило, составляет 50.. .200 м/мин.

Процесс сварки заканчивается, когда в месте контакта образует­ ся наплыв. В этот момент вращающаяся деталь должна быть остановлена. Обычно с момента возникновения трения до прекра­ щения относительного движения проходит 3...25 с. В большинстве случаев для сварки пластмасс трением сварочное давление состав­ ляет 0,1... 1,5 МПа. После остановки деталей давление на сваривае­ мые поверхности необходимо сохранять еще несколько секунд до отверждения сварочного шва.

Сварку пластмасс вращением осуществляют на различных ме­ таллообрабатывающих станках (токарных, сверлильных, фрезер­ ных) и на специальных сварочных машинах. Все установки, приме­ няемые для сварки трением вращения, состоят из привода враще­ ния, механизма для остановки вращения изделия, механизма для создания осевого давления, зажимного механизма, системы, воспри­ нимающей осевое усилие, и аппаратуры управления.

Сущность сварки вибротрением заключается в том, что поверх­ ности свариваемых деталей нагреваются вследствие вибрационных перемещений низкой частоты с определенной амплитудой колеба­ ний. Прижатым свариваемым деталям сообщается относительное

103

возвратно-поступательное движение, приводящее к разогреву со­ прикасающихся поверхностей и к их соединению после прекраще­ ния вибрации. При сварке вибротрением нет необходимости изго­ товлять соединяемые поверхности выпуклыми, как в случае сварки вращением.

Продолжительность сварки зависит от свойств свариваемой пла­ стмассы и составляет несколько секунд. Частота колебаний при сварке вибротрением составляет 5...400 Гц, амплитуда колебаний- 1...2 мм, применяемые давления - 1,5... 15 МПа.

Способ сварки вибротрением нашел применение для соединения деталей, не имеющих формы тел вращения. Недостатком данного способа является частое смещение одной половины свариваемой детали относительно другой на величину амплитуды колебаний.

При сварке вибротрением тонких листов полиэтилена один из листов закреплен неподвижно, а второй перемещается с частотой 200 Гц с малой амплитудой колебаний при давлении 1,5 МПа. Ус­ тановка для сварки состоит из электродвигателя с частотой враще­ ния 2400 об/мин, на конце вала установлен эксцентрик, который приводит в движение с небольшой амплитудой, 1,5...2 мм металли­ ческую пластину, прижатую к листам полиэтилена. Эта пластина снабжена мелкими зубьями, которыми она зацепляет один из листов и приводит его в колебательное движение. Электродвигатель снаб­ жен прерывателем, позволяющим регулировать длительность про­ цесса сварки, и приспособлением, создающим постоянное давление — на материал. Продолжительность вибросварки составляет около 1 с.

Для сварки вибротрением нейлоновых ремней и полосок исполь­ зуются автоматические установки, в которых соединяемые детали передвигаются относительно друг друга с частотой 60... 100 Гц. Процесс сварки происходит под давлением порядка 0,5...1 МПа за время меньше 1 с, при этом все загрязнения выдавливаются и не мешают образованию качественного прочного соединения.

При использовании вибрирующей вставки можно соединять встык детали различного сечения и различной длины со всевозмож­ ным расположением осей при любой их кривизне. Этим способом можно сваривать детали, имеющие замкнутый контур.

104